氧空位对埋嵌型氧化锌量子点增强非线性光学性质的影响

发布时间：2020-04-01 22:17

【摘要】：近年来,随着时代的发展,科技的进步,量子点半导体材料已成为纳米材料中广泛研究的对象。这是因为半导体量子点材料具有量子限域效应,可以获得许多独特的光电学性质。而直接宽禁带半导体材料ZnO,由于其在室温下具有较大的激子结合能(60 meV)和宽禁带(3.3 eV)的优点,使ZnO量子点成为了一种很有应用前景的光电半导体材料。单一的量子点性能比较局限,但是复合量子点可以产生单一量子点无法得到的许多新性能,而且复合量子点的结构、物理和化学状态稳定,可以实现复合量子点在器件中的实用价值。因此,在本文中,我们使用脉冲激光沉积结合快速退火技术合成了埋嵌在Al_2O_3基体中的ZnO量子点。我们采用透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)、拉曼光谱(Raman)对埋嵌型ZnO量子点进行了表征。借助综合物性测量系统(PPMS)、Z扫描和泵浦探测(Pump-probe)对埋嵌型ZnO量子点进行了磁性和非线性光学的研究。我们探讨了埋嵌型ZnO量子点的氧空位对非线性光学性质的影响,得到了一些研究成果。具体内容如下:将氧化锌量子点埋嵌在固态基体中是一种设计非线性光学器件的有效方法。因此,在本文章中,使用脉冲激光沉积结合快速退火技术合成了埋嵌在Al_2O_3基体中的ZnO量子点。在实验中,我们发现了埋嵌型ZnO量子点在氮气退火后,产生了大量的氧空位。我们对埋嵌型ZnO量子点进行了磁性测量,表明了埋嵌在Al_2O_3基体中的ZnO量子点的铁磁性可能是由于氧空位所造成的。ZnO量子点的双光子吸收是一个瞬时非线性过程,氮气退火后的ZnO量子点比氧气退火后的ZnO量子点的双光子吸收提高了大约2倍。由于埋嵌型ZnO量子点中含有大量氧空位,所以可以实现非线性光学的增强,这对于ZnO纳米结构在光限幅器件和全光开关元件中的实际应用是很重要的。
【图文】：

ZnO晶体,棒状,球状,闪锌矿

1-1：ZnO 晶体结构用棒状和球状表示。(a)立方岩盐(B1)；(b)立方闪锌矿(B(c)六方纤维锌矿结构(B4)；暗灰球和黑球分别表示 Zn 和 O 原子[16]。用Jaffee和Hess的第一原理周期Hartree-fock（HF）原子轨道(LCAO)理论[1算了纤维锌矿、闪锌矿和岩盐结构中 ZnO 的基态总能与单位胞体积的函数。三个阶段的总能量数据与体积之间的关系如图 1-2 所示。

体积,纤维锌矿,子格,锌矿

三相的总能量与体积之比。闪锌矿（方形），纤维锌矿（菱形盐（圆形）[17]。维锌矿结构中有一个六方晶胞，分别有两个晶格参数 a 8/3 1.633的比率，属于 C6v4或 P63mc 的空间群。ZnO 纤维锌，如图 1-3 所示。该结构由两个互穿六角形填充子格组成，每个
【学位授予单位】：江西师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN304;O437

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